【每日一學(xué)】激光粒度儀工作及測(cè)試原理

　　激光粒度儀是通過顆粒的衍射或散射光的空間分布(散射譜)來分析顆粒大小的儀器，采用Furanhofer衍射及Mie散射理論，測(cè)試過程不受溫度變化、介質(zhì)黏度，試樣密度及表面狀態(tài)等諸多因素的影響，只要將待測(cè)樣品均勻地展現(xiàn)于激光束中，即可獲得準(zhǔn)確的測(cè)試結(jié)果。
 

　　激光粒度儀作為一種新型的粒度測(cè)試儀器，已經(jīng)在粉體加工、應(yīng)用與研究領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它的特點(diǎn)是測(cè)試速度快、測(cè)試范圍寬、重復(fù)性和真實(shí)性好、操作簡(jiǎn)便等等。
 

　　01  激光粒度儀工作原理
 

　　利用顆粒對(duì)光的散射現(xiàn)象，根據(jù)散射光能的分布推算被測(cè)顆粒的粒度分布。根據(jù)現(xiàn)實(shí)的各種粒度測(cè)量?jī)x器的工作原理，不妨將“粒徑”定義如下：當(dāng)被測(cè)顆粒的某種物理特性或物理行為與某一直徑的同質(zhì)球體(或其組合)相近時(shí)，就把該球體的直徑(或其組合)作為被測(cè)顆粒的等效粒徑(或粒度分布)。
 

　　該定義包含如下幾層含意：
 

　　(1)粒度測(cè)量實(shí)質(zhì)上是通過把被測(cè)顆粒和同一種材料構(gòu)成的圓球相比較而得出的；
 

　　(2)不同原理的儀器選不同的物理特性或物理行為作為比較的參考量，例如：沉降儀選用沉降速度，激光粒度儀選用散射光能分布，篩分法選用顆粒能否通過篩孔等等；
 

　　(3)將待測(cè)顆粒的某種物理特性或物理行為與同質(zhì)球體作比較時(shí)，有時(shí)能找到一個(gè)(或一組)在該特性上*相同的球體(如庫爾特計(jì)數(shù)器)，有時(shí)則只能找到相近的球體。由于理論上可以把“相同”作為“相近”的特例，所以在定義中用“相近”一詞，使定義更有一般性；將待測(cè)顆粒的某種物理特性或物理行為與同質(zhì)球體作比較時(shí)，有時(shí)能找到某一個(gè)確定的直徑的球與之對(duì)應(yīng)，有時(shí)則需一組大小不同的球的組合與之對(duì)應(yīng)，才能相近。
 

　　02  激光粒度儀測(cè)試原理
 

　　激光粒度儀是根據(jù)顆粒能使激光產(chǎn)生散射這一物理現(xiàn)象測(cè)試粒度分布的。由于激光具有很好的單色性和*的方向性，所以一束平行的激光在沒有阻礙的無限空間中將會(huì)照射到無限遠(yuǎn)的地方，并且在傳播過程中很少有發(fā)散的現(xiàn)象。
 

　　當(dāng)光束遇到顆粒阻擋時(shí)，一部分光將發(fā)生散射現(xiàn)象，如圖8。散射光的傳播方向?qū)⑴c主光束的傳播方向形成一個(gè)夾角θ。散射理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都告訴我們，散射角θ的大小與顆粒的大小有關(guān)，顆粒越大，產(chǎn)生的散射光的θ角就越小；顆粒越小，產(chǎn)生的散射光的θ角就越大。在圖8中，散射光I1是由較大顆粒引起的；散射光I2是由較小顆粒引起的。進(jìn)一步研究表明，散射光的強(qiáng)度代表該粒徑顆粒的數(shù)量。這樣，在不同的角度上測(cè)量散射光的強(qiáng)度，就可以得到樣品的粒度分布了。
 

　　03  激光粒度儀主要分為三個(gè)種類
 

　　1  靜態(tài)激光
 

　　能譜是穩(wěn)定的空間分布。主要適用于微米級(jí)顆粒的測(cè)試，經(jīng)過改進(jìn)也可將測(cè)量下限擴(kuò)展到幾十納米。
 

　　2  動(dòng)態(tài)激光
 

　　根據(jù)顆粒布朗運(yùn)動(dòng)的快慢，通過檢測(cè)某一個(gè)或二個(gè)散射角的動(dòng)態(tài)光散射信號(hào)分析納米顆粒大小，能譜是隨時(shí)間高速變化。動(dòng)態(tài)光散射原理的粒度儀僅適用于納米級(jí)顆粒的測(cè)試。
 

　　3  光透沉降
 

　　通常所說激光粒度儀是指衍射和散射原理的粒度儀，光透沉降儀，依據(jù)的原理是斯托克斯沉降定律而不是激光衍射/散射原理，因此這類儀器不能稱作激光粒度儀。